DE10140063A1

DE10140063A1 - Verfahren zum Starten einer Mehrzylinderbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10140063A1
Application number: DE10140063A
Authority: DE
Inventors: Hermann Gaessler; Udo Diehl; Karsten Mischker; Rainer Walter; Bernd Rosenau; Stefan Franzl; Juergen Schiemann; Christian Grosse; Volker Beuche; Stefan Reimer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-08-16
Filing date: 2001-08-16
Publication date: 2003-06-12
Also published as: WO2003019003A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Starten einer nockenwellenlosen Mehrzylinderbrennkraftmaschine vorgeschlagen, bei dem die Einlassventile unmittelbar nach dem Erreichen des ersten OT geöffnet werden, um das Ansaugen von Verbrennungsluft zu ermöglichen. Durch eine drehzahlabhängige Steuerung des Ventilhubs der Einlassventile kann die Gemischbildung während des Ansaugtakts weiter verbessert werden. Dadurch ergibt sich insgesamt ein gegenüber anderen Verfahren weiter verbessertes Startverhalten der Brennkraftmaschine.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Verfahren zum Starten einer Mehrzylinderbrennkraftmaschine. Bei Brennkraftmaschinen, die nach dem 4-Takt-Prinzip arbeiten, werden die Arbeitstakte Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausstoßen durch das Öffnen und Schließen der Ein- und Auslassventile gesteuert. Bei Mehrzylinderbrennkraftmaschinen nehmen, wegen des verbesserten Maschenausgleichs, mehrere Kolben die gleiche Stellung ein. Dies bedeutet, dass beispielsweise bei einem 4-Zylinder-Reihenmotor, die Zylinder 1 und 4 gleichzeitig in UT und in OT sind. Gleiches gilt für die Zylinder 2 und 3. Um einen runden Motorlauf zu erhalten, arbeiten die Zylinder 1 und 4 sowie 2 und 3 um 360° phasenverschoben.

Aus der DE 197 42 969 A1 ist ein Verfahren zum Starten einer nockenwellenlosen Mehrzylinderbrennkraftmaschine bekannt, bei welchem die Zylinder, deren Kolben sich in der gleichen Stellung befinden, ohne Phasenverschiebung nach dem ersten Durchgang des Kolbens durch den OT so angesteuert werden, dass ein Ansaugtakt durchlaufen wird. Dadurch wird gewährleistet, dass zum frühest möglichen Zeitpunkt nicht nur ein Zylinder sondern mehrere Zylinder gleichzeitig zünden, sodass ein schneller Drehzahlaufbau und somit ein verbessertes Startverhalten der Brennkraftmaschine erreicht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses Verfahren weiter zu verbessern, sodass ein noch schnellerer Drehmomentaufbau und ein weiter verbessertes Startverhalten der Brennkraftmaschine realisierbar wird.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Stellung der Kolben und die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle erfasst wird, der Ventilhub und/oder die Steuerzeiten der Einlassventile in Abhängigkeit der Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle berechnet werden, die Einlassventile derjenigen Zylinder, deren Kolben sich im oberen Totpunkt befinden, geöffnet werden, die Einlassventile nach Beendigung des Ansaugtakts geschlossen werden, das Brennstoffluftgemisch nach der Beendigung des Verdichtungstakts gezündet wird und die Auslassventile nach Beendigung des Arbeitstakts geöffnet werden.

Vorteile der Erfindung

Durch das erfindungsgemäße Verfahren, welches die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle zur Berechnung eines optimalen Ventilhubs heranzieht, wird die Mischbildung während des Ansaugtakts überbessert, sodass ein besseres Startverhalten realisierbar ist. Wenn der Ventilhub gering ist, ist die Strömungsgeschwindigkeit der angesaugten Luft im Ansaugtakt höher, sodass eine bessere Verwirbelung und Vermischung mit dem Kraftstoff erfolgt. Dieser Effekt führt zu einer erhöhten Zündwilligkeit des Brennstoff-Luft- Gemisches. Da bei modernen Brennkraftmaschinen eine Erfassung der Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle ohnehin vorhanden ist, entstehen durch die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Starten der Brennkraftmaschine keine erheblichen Kosten.

In weiterer Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuerung der Einlassventile und der Auslassventile elektrohydraulisch erfolgt und/oder, dass zur Steuerung der Einlassventile und der Auslassventile auch der Druck im hydraulischen Teil der elektrohydraulischen Steuerung gesteuert wird. Durch diese Maßnahme kann die Steuerung der Einlass- und der Auslassventile abhängig von der Drehzahl der Kurbelwelle weiter verbessert werden. So kann beispielsweise durch eine Absenkung des Drucks die Steuerung kleinster Ventilhübe bei extrem geringen Drehgeschwindigkeiten der Kurbelwelle mit ausreichend großer Genauigkeit erfolgen, was bei der praktischen Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens von erheblicher Bedeutung ist. Bei hohen Drehzahlen und entsprechend großen Ventilhüben empfiehlt es sich, den Druck im hydraulischen Teil der elektrohydraulischen Steuerung anzuheben, sodass schnelle Steuerbewegungen der Einlassventile und der Auslassventile möglich sind.

Alternativ kann die Steuerung der Einlassventile und der Auslassventile auch elektromagnetisch erfolgen.

Der Übergang des Betriebs der Brennkraftmaschine zu der normalen Zündfolge kann entweder in Abhängigkeit einer bestimmten Drehzahl oder einer bestimmten Zahl von Umdrehungen der Kurbelwelle erfolgen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist sowohl für Otto-Motoren als auch für Dieselmotoren geeignet.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibungen und den Patentansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Es zeigen:
Fig. 1 die Kurbelwelle eines 4-Zylinder-Reihenmotors in schematischer Darstellung und
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines elektrohydraulisch angesteuerten Anlassventils

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist eine Kurbelwelle 1 eines 4-Zylinder- Reihenmotors schematisch dargestellt. Die Kurbelwelle 1 ist in drei Lagern 3 gelagert und weist die Hubzapfen I, II, III und IV auf. Aus Fig. 1 ist erkennbar, dass die Hubzapfen I und IV, sowie II und III sich in die gleiche Richtung erstrecken. Infolgedessen haben die Kolben (nicht dargestellt), welche über ebenfalls nicht dargestellte Pleuel mit den Hubzapfen I und IV verbunden sind, die gleiche Stellung. Gleiches gilt für die ebenfalls nicht dargestellten Kolben, welche mit den Hubzapfen II und III verbunden sind.
Im Normalbetrieb einer solchen Brennkraftmaschine werden die zum Hubzapfen I und zum Hubzapfen IV gehörenden Kolben um 360° phasenverschoben betrieben. Gleiches gilt für die Kolben der Hubzapfen II und III. Dadurch wird ein runder Motorlauf erreicht.
Um ein besseres Startverhalten zu erreichen, können jedoch bei nockenwellenlosen Brennkraftmaschinen beim Start beispielsweise die Kolben der Hubzapfen I und IV synchron betrieben werden und zwar so, dass unmittelbar nach dem Erreichen des oberen Totpunkts die Einlassventile beider zu den Kolben gehörenden Zylinder geöffnet werden und somit zum frühest möglichen Zeitpunkt ein Arbeitstakt von zwei Kolben der Brennkraftmaschine ermöglicht wird. Dadurch wird ein schnellstmöglicher Drehmomentaufbau und somit ein verbessertes Startverhalten der Brennkraftmaschine erreicht. Gleiches gilt entsprechend für die mit dem Hubzapfen II und III verbundenen Kolben. Ein entsprechendes Verfahren zum Starten einer mehrzylindrischen Brennkraftmaschine kann auch bei Motoren mit einer anderen Zylinderanzahl oder einer anderen Anordnung der Zylinder (V-Motoren, W-Motoren) erreicht werden.
Bei Motorenbauarten, bei denen Kolben verschiedener Zylinder nicht die gleiche Stellung einnehmen (Sternmotoren), kann das erfindungsgemäße Verfahren ebenfalls angewandt werden. In diesem Fall wird jeder Zylinder, der den OT erreicht hat, so angesteuert, dass ein Ansaugtakt stattfindet. Somit ist durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf diese Motoren ebenfalls ein schnellstmöglicher Drehmomentaufbau und somit ein verbessertes Startverhalten realisierbar.
In Fig. 2 ist ein Einlassventil 5 dargestellt, welches über einen doppelt wirkenden Hydraulikzylinder 7 gesteuert wird. Die Arbeitsräume 9 und 11 des Hydraulikzylinders 7 werden über hydraulische Leitungen 13 und eine Pumpe 15 mit unter Druck stehendem Hydraulikfluid versorgt. Gesteuert wird der Förderstrom der Pumpe 15 durch ein erstes Schaltventil 17 und ein zweites Schaltventil 19. Erstes Schaltventil 17 und zweites Schaltventil 19 sind in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 als Magnetventile ausgebildet. Allerdings können auch andere Bauarten zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt werden.
Durch die Zeiten, zu denen erstes Schaltventil 17 und zweites Schaltventil 19 angesteuert werden und durch eine Steuerung des Drucks der Pumpe 15 auf der Förderseite können Ventilhub und die Dynamik des Öffnens bzw. Schließens des Einlassventils 5 in weiten Grenzen den Erfordernissen der Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) angepasst werden. Dadurch kann, je nach den Betriebsbedingungen und Umgebungsbedingungen der Brennkraftmaschine, eine optimale Ansteuerung des Einlassventils 5 erfolgen, was zu einem weiter verbesserten Startverhalten der Brennkraftmaschine beiträgt. Gleiches gilt in entsprechender Weise für die nicht dargestellten Auslassventile der ebenfalls nicht dargestellten Brennkraftmaschine.
Gesteuert werden erstes Schaltventil 17, zweites Schaltventil 19 und die Pumpe 15 durch ein Steuergerät, welches in Fig. 2 nicht dargestellt ist.
Bei abgeschaltetem Motor sind die Ein- und Auslassventile der Brennkraftmaschine geschlossen. Mit Betätigen des Anlassers können die Einlassventile sofort nach dem Erreichen des OT geöffnet werden und somit ein Ansaugtakt durchlaufen werden. Um eine möglichst gute Gemischaufbereitung zu erzielen, ist eine hohe Strömungsgeschwindigkeit der Luft durch das Einlassventil anzustreben. Wegen der niedrigen Drehzahl während des Startvorgangs und der damit geringen Geschwindigkeit des Kolbens beim Ansaugen ist es wünschenswert, während des Startvorgangs einen sehr geringen Ventilhub des Einlassventils 5 zu realisieren. Dies kann durch entsprechend kurzes Ansteuern von erstem Schaltventil 17 und zweitem Schaltventil 19 erfolgen. Durch eine Steuerung des Förderdrucks der Pumpe 15 hin zu niedrigen Werten können kleine Ventilhübe mit noch größerer Genauigkeit angesteuert werden. Somit ergibt sich durch die zur Verfügung stehenden Freiheitsgrade bei der Steuerung des Einlassventils 15 (Öffnungszeitpunkt, Öffnungsdauer, Ventilhub und Dynamik der Steuerbewegung des Einlassventils 5) ein weiter verbessertes Startverhalten der Mehrzylinderbrennkraftmaschine.

Claims

1. Verfahren zum Starten einer Mehrzylinderbrennkraftmaschine, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

- Erfassen der Stellung der Kolben und der Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle,

- Berechnen des Ventilhubs und/oder der Steuerzeiten der Einlassventile (5) in Abhängigkeit der Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle,

- Öffnen der Einlassventile (5) derjenigen Zylinder deren Kolben sich im oberen Totpunkt befinden,

- Schließen der Einlassventile (5) nach Beendigung des Ansaugtakts,

- Zünden des Brennstoff-Luftgemischs nach der Beendigung des Verdichtungstakts und

- Öffnen der Auslaßventile nach Beendigung des Arbeitstakts.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Einlaßventile (5) und der Auslaßventile elektrohydraulisch erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung der Einlaßventile (5) und der Auslaßventile auch der Druck im hydraulischen Teil der elektrohydraulischen Steuerung gesteuert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Einlaßventile (5) und der Auslaßventile elektromagnetisch erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Erreichen einer bestimmten Drehzahl oder nach einer bestimmten Zahl von Umdrehungen der Kurbelwelle die normale Zündfolge wieder hergestellt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine ein Otto-Motor oder ein Diesel-Motor ist.